Lehrstuhl Angewandte Physik / Thermophysik
Forschungsaktivitäten
Schwerpunkte der Forschungsarbeiten sind:
- Untersuchung der thermophysikalischen Eigenschaften von Materialien und Systemen
- Untersuchungen zur passiven und aktiven Nutzung der Solarenergie
Der erste Schwerpunkt ist materialwissenschaftlich geprägt. Die Forschungsarbeiten betreffen die Charakterisierung von Wärme- und Stofftransportprozessen sowie das thermische Speicherverhalten. Zu diesem Zweck werden die dazugehörigen Stoffkennwerte (Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit, Schmelzwärme, Diffusionswiderstand, Dichte, thermischer und hygrischer Ausdehnungskoeffizient, Porosität u.a.) ermittelt. Gegenwärtig konzentrieren sich die laborativen Arbeiten auf die komplexe Untersuchung von Wärmespeichermedien (Zeolithe und Paraffine) sowie auf ausgewählte Aspekte bei elektrisch schaltbaren Gläsern.
Im zweiten Schwerpunkt beziehen sich die Arbeiten zur passiven und aktiven Nutzung der Solarenergie vornehmlich auf deren Einsatz in Gebäuden. Es werden Messungen und Berechnungen zum Gesamtenergiedurchlassgrad und zum Wärmedurchgangskoeffizienten, zu thermisch-hygrisch verursachten mechanischen Spannungsfeldern, zur Reflexion, Absorption und Transmission von Solarstrahlung für ganze Bauteile sowie Leuchtdichtemessungen ausgeführt. Die Messungen werden im Labor oder unter natürlichen Klimabedingungen in einer Außentestanlage bzw. an existierenden Gebäuden vorgenommen.
Die zuverlässige Auswertung, besonders der unter natürlichen Klimabedingungen gemessenen Daten, stellt hohe Anforderungen an die mathematisch-physikalische Modellierung der solarthermischen Wechselwirkung der Untersuchungsobjekte. Es wurden daher eigene Messmethoden und Auswerteverfahren entwickelt.
Forschungsprojekte
2004 -2007
Elektrochrome Verbundscheiben für intelligente Fenster – Thermophysikalische Untersuchungen an einem Verbundglassystem mit komplementären elektrochromen Schichten
(Verbundprojekt mit GESIMAT GmbH Berlin)
Gegenstand des Forschungsprojektes waren die von der Fa. GESIMAT GmbH entwickelten Scheiben mit komplementären elektrochromen Schichten. Derartige Scheiben gestatten die direkte elektrische Steuerung der Lichttransmission. Ziel des Forschungsvorhabens war die Optimierung der thermophysikalischen und lichttechnischen Eigenschaften von Verbundscheiben bei deren Einsatz in Gebäuden. Auf der Grundlage umfangreicher Messungen und Berechnungen wurden physikalische Kenngrößen des Scheibensystems im Hinblick auf die direkten solaren Wärmegewinne, die thermischen Verluste und die natürliche Tageslichtnutzung untersucht bzw. optimiert. Zur Bewertung der Nutzungseigenschaften wurden Messungen der optischen Eigenschaften des Scheibensystems, Untersuchungen des Wärme- und Solarstrahlungstransportes, thermomechanische Messungen und Berechnungen, Bewertungen der Behaglichkeit und zur Energieeffizienz im Zusammenhang mit der Beleuchtung von Arbeits- und Wohnräumen vorgenommen. Dynamische Messungen dienten dem Nachweis der Zyklenfestigkeit und Lebensdauer-Erwartung des Scheibensystems.
2004 - 2008
Thematischer Verbund LowEX - Entwicklung eines Messverfahrens zur Bestimmung des thermischen Beladungsgrades von PCM-Paraffin-Speichern
(Projekt gemeinsam mit dem Lehrstuhl Polymermaterialien)
Bei den sogenannten Latentwärmespeichermaterialien (engl.: Phase Change Materials – PCM) wird die Erstarrungs- bzw. Schmelzwärme für Heiz- oder Kühlzwecke ausgenutzt. Typische Latentwärmespeichermaterialien sind Salzhydrate und Paraffine.
Es wird ein Messverfahren für den thermischen Beladungsgrad eines Latentwärmespeichers entwickelt. Dieses Messverfahren nutzt die Änderung geeigneter physikalischer Kennwerte beim Phasenwechsel des Latentwärmespeichermaterials aus.
Weiterhin wird untersucht, wie diese Stoffkennwerte des reinen PCM bei Mikroverkapselung oder Einbettung in eine andere Stoffmatrix modifiziert werden.
2008 - 2010
Energieoptimiertes Bauen: Monitoring zu energetischen, thermischen, komfortbezogenen und nutzerspezifischen Daten am Neubau des Dienstleistungs- und Verwaltungszentrums Barnim in Eberswalde
Im Neubau der Kreisverwaltung Barnim werden über mehrere Jahre Energieverbräuche, der thermische und visuelle Komfort, Wetter-, Betriebs- und Nutzungsdaten untersucht und dokumentiert. Dabei werden energieoptimierte Bauweisen und Bereiche (z.B. Latentwärmespeicherdecken, Lichtlenkung, Vakuumdämmung) mit Spezialmessungen besonders untersucht. Die Temperaturen und Volumenströme des Erdenergiespeichers werden in bis zu 10 m Tiefe gemessen. Energiekennzahlen für Wärme- und Elektroenergie werden nach der neuen umfassenden DIN 18599 detailliert für ein gesamtes Gebäude berechnet. In verschieden orientierten und genutzten Räumen und Bereichen werden thermische Behaglichkeitswerte gemessen und berechnet. Lichttechnische Untersuchungen zur Beleuchtungsstärke und bildauflösende Leuchtdichtemessungen dienen der Bewertung des visuellen Komforts am Arbeitsplatz und in ausgewählten Zonen des Gebäudes.
